对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置及方法
【专利摘要】本发明属于石油工业【技术领域】，具体涉及一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置及方法。该装置包括试验架（1），试验架（1）上装有定位卡条（2），定位卡条（2）上安装有直线定位导轨（3），直线定位导轨（3）上连接着定位滑块（4），定位滑块（4）与定位盒子（5）固定在一起，定位盒子（5）中装有激光测距仪，定位滑块（4）可以带动定位盒子（5）在直线定位导轨（3）上进行横向移动，直线定位导轨（3）可以在定位卡（2）条上进行纵向移动。该装置操作简单、成本低、使用方便、精度较高，利用该装置对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法适用于室内的水力压裂物理实验模拟，对多裂缝识别准确。
【专利说明】对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油工业【技术领域】，具体涉及一种物模试样压裂后裂缝形态的测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]水力裂缝的几何形态是影响压裂处理效果的主要因素之一。压裂裂缝形态的监测和识别是压裂设计的难点，尤其是页岩气藏需要通过水平井钻井和多级压裂技术实现增产，压裂后的水力裂缝沟通储层的天然裂缝会形成复杂的网状裂缝，给裂缝扩展形态的监测带来更多挑战。而室内的水力压裂物理实验模拟则是认识压裂过程中裂缝形态的重要手段，目前在对水力压裂裂缝形态的监测方法，主要包括直观观察和间接监测两方面。直观观察方面，示踪剂的标示能观察到示踪剂的分布范围，但无法表征裂缝形态；采用透明材料加工试样，局限于透明材料与岩石力学性质的差异性较大；基于固化型流体材料作为压裂液，在裂缝中固化后实现裂缝可视化，受到温度及固化后难以分离的影响。间接监测方面，声发射监测方法可以实时检测裂缝扩展，可是声发射信号点的有效识别难度很大，模拟结果不够直观；超声波检测、CT扫描及红外线热成像等技术，优点是设备灵敏度高、检测结果直观，但存在多裂缝识别困难，成本高，操作难度大等问题。
[0003]申请号为201210287011.3的中国发明专利，公开了一种基于动电耦合的水力压裂裂缝监测装置及监测方法，该装置由前端调理模块、数据采集模块和主控模块三部分组成，该装置是解决监测结果超过实际裂缝尺寸的问题，其成本高、设备复杂、操作难度大、对多裂缝识别困难，并不适用于室内的水力压裂物理实验模拟。申请号为201310019575.3的中国发明专利，公开了一种基于岩心测量的地层裂缝空间重构方法，该方法对多裂缝识别困难，操作复杂，也不适用于室内的水力压裂物理实验模拟。
[0004]有鉴于此，为了克服现有对压裂裂缝监测技术中存在的缺陷，目前需要一种方法简单、易操作且能够比较直观地测量压裂裂缝形态的方法。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种物模试样压裂后裂缝形态的测量装置及方法，该装置操作简单，且能够比较直观地测量压裂裂缝形态。
[0006]一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，包括试验架，所述试验架上装有定位卡条，所述定位卡条上安装有直线定位导轨，所述直线定位导轨上连接着定位滑块，所述定位滑块与定位盒子固定在一起，所述定位盒子中装有激光测距仪，所述定位滑块可以带动所述定位盒子在所述直线定位导轨上进行横向移动，所述定位导轨可以在所述定位卡条上进行纵向移动。
[0007]上述方案优选的是，所述定位卡条通过螺栓或焊接固定在所述试验架上，所述直线定位导轨通过定位销固定在所述定位卡条上，并能在定位卡条上进行纵向移动。
[0008]上述任一方案优选的是，所述定位滑块可以在所述直线定位导轨上进行自由滑动，通过滚珠进行定位，实现所述定位盒子的横向移动。
[0009]上述任一方案优选的是，所述定位盒子包括左面板、右面板、后面板、前面板I和前面板II,所述前面板I和前面板II之间留有空隙,所述后面板高于左面板,所述左面板与右面板闻度相等。
[0010]上述任一方案优选的是，所述试验架是长方体结构。
[0011]上述任一方案优选的是,所述长方体结构长宽高为300mm-1500mm。测量物模试样时，可以把整个物模试样放置在架子下面，以便于对试样进行测量。
[0012]上述任一方案优选的是，所述定位卡条安装在试验架上方相互对称的两侧。
[0013]上述任一方案优选的是，所述定位卡条上设有定位孔。
[0014]上述任一方案优选的是，所述定位孔之间间隔5_20mm。
[0015]更优选的是，所述定位孔之间间隔10mm。
[0016]上述任一方案优选的是,所述定位孔为定位圆孔,所述定位圆孔直径为2mm。
[0017]上述任一方案优选的是,所述直线定位导轨通过定位销和定位圆孔固定在定位卡条上。
[0018]上述任一方案优选的是，所述定位销直径为1.9mm。
[0019]上述任一方案优选的是，所述直线定位导轨上设有定位圆孔。
[0020]上述任一方案优选的是,所述定位圆孔之间间隔5-20mm。定位盒固定在定位滑块上，直线定位导轨上的定位圆孔可以实现定位滑块的横向定位。即是，定位盒与定位滑块为一体固定在直线定位导轨上，并可以在直线定位导轨上进行每间隔一定距离的移动。
[0021]上述任一方案优选的是，所述试验架、定位卡条和直线定位导轨为不锈钢或合金或招材质。
[0022]一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法，包括如下步骤:
A、对岩心试样进行压裂试验，所述岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；
B、将步骤A中的岩心试样沿着每个压开的裂缝面打开，放置在上述任一项对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的试验架下面；
C、在试验架上,沿着直线定位导轨横向移动定位滑块,所述定位滑块带动定位盒子一起移动，进而实现激光测距仪的横向移动；
D、沿着定位卡条纵向移动直线定位导轨，所述直线定位导轨带动定位滑块移动，所述定位滑块带动定位盒子一起移动，进而实现激光测距仪的纵向移动；
E、通过激光测距仪的横向移动和纵向移动，所述激光测距仪可以在每间隔一定距离的裂缝面上记录一个坐标；根据激光测距仪记录的坐标点进行空间还原，进而观测物模试样压裂后裂缝网的形态。
[0023]上述方案中，步骤C和步骤D的顺序进行调换。当激光测距仪在试验架上纵、横向移动时，便记录下底部物模试样裂缝面的坐标位置，将所有裂缝面的坐标点输入到计算机中可以对物模试样内部的裂缝面进行空间还原，通过观察裂缝面的扩展形态以重现水力裂缝与天然裂缝沟通的缝网形态。
[0024]上述方案优选的是，所述物模试样是岩心试样。
[0025]上述任一方案优选的是,所述岩心试样是露头岩心或者混凝土烧铸的岩心。
[0026]上述任一方案优选的是，所述岩心试样为正方体形状。[0027]上述任一方案优选的是，所述正方体形状尺寸为400mmX 400mmX 400mm。
[0028]上述任一方案优选的是，所述岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为220mm ；
上述任一方案优选的是，所述拟裸眼井孔内设置有模拟井筒，所述模拟井筒的内径为7mm，模拟井筒的长度为170mm。
[0029]上述任一方案优选的是，所述岩心试样是经过在真三轴模拟压裂试验装置中进行施压处理。
[0030]上述任一方案优选的是，所述施压处理是通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。
[0031]上述任一方案优选的是，所述压裂液为硅油和/或液态硅胶。
[0032]上述任一方案优选的是，步骤E中，所述坐标间的距离为10mm。
[0033]本发明的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置及方法，通过设计装有定位卡条和直线定位导轨的测量试验架，并将激光测距仪放置在定位盒子里，定位盒子固定在直线定位导轨上。在实验室内对岩心试样进行压裂实验，将压裂后的岩心试样沿着裂缝面打开放置到试验架下面，在试验架上移动激光测距仪测量每个裂缝面的坐标点，将所有坐标点输入到计算机中对裂缝面进行空间还原，通过观察裂缝面的扩展形态以重现水力裂缝与天然裂缝沟通的缝网形态。该装置操作简单、成本低、使用方便、精度较高且能够比较直观地测量压裂裂缝形态，利用该装置对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法适用于室内的水力压裂物理实验模拟，对多裂缝识别准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1:为按照本发明对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的一优选实施例中整体装置的俯视图。
[0035]图2为按照本发明对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的一优选实施例中试验架的王视图al、左视图bl、俯视图cl。
[0036]图3:为按照本发明对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的一优选实施例中定位卡条的王视图a2、左视图b2、俯视图c2。
[0037]图4:为按照本发明对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的一优选实施例中直线定位导轨的主视图a3、左视图b3、俯视图c3。
[0038]图5:为按照本发明对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的一优选实施例中定位盒子的王视图a4、左视图b4、俯视图c4。
[0039]图中，
1-试验架，2-定位卡条,3-直线定位导轨,4-定位滑块,5-定位盒子,6-定位圆孔。【具体实施方式】
[0040]为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。
[0041]实施例1
一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，如图1所示，其包括试验架1，所述试验架I上装有定位卡条2，所述定位卡条2上安装有直线定位导轨3，所述直线定位导轨3上连接着定位滑块4，所述定位滑块4与定位盒子5固定在一起，所述定位盒子5中装有激光测距仪，所述定位滑块4可以带动所述定位盒子在所述直线定位导轨上进行横向移动，所述定位导轨可以在所述定位卡条上进行纵向移动。
[0042]在本实施例中，所述定位卡条2通过螺栓固定在所述试验架上1，所述直线定位导轨3通过定位销固定在所述定位卡条2上,并能在定位卡条2上进行纵向移动。
[0043]在本实施例中，所述定位滑块4可以在所述直线定位导轨3进行自由滑动，通过滚珠进行定位，实现所述定位盒子5的横向移动。
[0044]在本实施例中，所述定位盒子5包括左面板、右面板、后面板、前面板I和前面板II，所述前面板I和前面板II之间留有空隙，所述后面板高于左面板，所述左面板与右面板闻度相等，如图5所不。
[0045]在本实施例中，所述试验架是长方体结构，所述长方体结构长宽高分别为500mm、500mm、700mm,其结构如图2所不。测量物模试样时,可以把整个物模试样放置在架子下面，以便于对试样进行测量。
[0046]在本实施例中，所述定位卡条安装在试验架上方相互对称的两侧，所述定位卡条上设有定位圆孔6,所述定位圆孔6之间间隔IOmm,所述定位卡条如图3所示。
[0047]在本实施例中，所述定位圆孔6的直径为2mm。
[0048]在本实施例中，所述直线定位导轨3能够在定位卡条2上移动，并可以通过定位销和定位圆孔6固定在定位卡条上，所述直线定位导轨上设有定位圆孔6，所述直线定位导轨如图4所示。
[0049]在本实施例中，所述定位销直径为1.9mm。
[0050]在本实施例中，所述定位圆孔6之间间隔10mm。定位盒固定在定位滑块上,直线定位导轨上的定位圆孔可以实现定位滑块的横向定位。即是，定位盒与定位滑块为一体固定在直线定位导轨上，并可以在直线定位导轨上进行每间隔一定距离的移动。
[0051]在本实施例中,所述试验架1、定位卡条2和直线定位导轨为不锈钢材质。
[0052]一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法，包括如下步骤:
A、对岩心试样进行压裂试验，所述岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；
B、将步骤A中的岩心试样沿着每个压开的裂缝面打开，放置在上述对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的试验架I下面；
C、在试验架I上,沿着直线定位导轨3横向移动定位滑块4,所述定位滑块4带动定位盒子5 —起移动，进而实现激光测距仪的横向移动；
D、沿着定位卡条2纵向移动直线定位导轨3,所述直线定位导轨3带动定位滑块4移动，所述定位滑块4带动定位盒子5 —起移动，进而实现激光测距仪的纵向移动；
E、通过激光测距仪的横向移动和纵向移动，所述激光测距仪可以在每间隔一定距离的裂缝面上记录一个坐标；根据激光测距仪记录的坐标点进行空间还原，进行观测物模试样压裂后裂缝网的形态。[0053]当激光测距仪在试验架上纵、横向移动时，便记录下底部物模试样裂缝面的坐标位置，将所有裂缝面的坐标点输入到计算机中可以对物模试样内部的裂缝面进行空间还原，通过观察裂缝面的扩展形态以重现水力裂缝与天然裂缝沟通的缝网形态。
[0054]在本实施例中,所述物模试样是岩心试样，所述岩心试样是露头岩心。
[0055]在本实施例中，所述岩心试样为正方体形状，所述正方体形状尺寸为400mmX 400mm X 400mm。
[0056]在本实施例中，所述岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为220mm ；
在本实施例中，所述拟裸眼井孔内设直有1旲拟井筒，所述1旲拟井筒的内径为7mm, I旲拟井筒的长度为170mm。
[0057]在本实施例中，所述岩心试样是经过在真三轴模拟压裂试验装置中进行施压处理。
[0058]在本实施例中，所述施压处理是通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。
[0059]在本实施例中，所述压裂液为硅油。
[0060]在本实施例中，步骤E中，所述坐标间的距离为10mm。
[0061]实施例2
一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其包括试验架1，所述试验架I上装有定位卡条2，所述定位卡条2上安装有直线定位导轨3，所述直线定位导轨3上连接着定位滑块4，所述定位滑块4与定位盒子5固定在一起，所述定位盒子5中装有激光测距仪，所述定位滑块4可以带动所述定位盒子在所述直线定位导轨上进行横向移动，所述定位导轨可以在所述定位卡条上进行纵向移动。
[0062]在本实施例中，所述定位卡条2通过焊接固定在所述试验架上1，所述直线定位导轨3通过定位销固定在所述定位卡条2上,并能在定位卡条2上进行纵向移动。
[0063]在本实施例中，所述定位滑块4可以在所述直线定位导轨3进行自由滑动，通过滚珠进行定位，实现所述定位盒子5的横向移动。
[0064]在本实施例中，所述定位盒子5包括左面板、右面板、后面板、前面板I和前面板II，所述前面板I和前面板II之间留有空隙，所述后面板高于左面板，所述左面板与右面板闻度相等，如图5所不。
[0065]在本实施例中，所述试验架是长方体结构，所述长方体结构长宽高分别为300mm、1000mm、1500mm。测量物模试样时,可以把整个物模试样放置在架子下面，以便于对试样进
行测量。
[0066]在本实施例中，所述定位卡条安装在试验架上方相互对称的两侧，所述定位卡条上设有定位圆孔6,所述定位圆孔6之间间隔5mm。
[0067]在本实施例中，所述定位圆孔6的直径为2mm。
[0068]在本实施例中，所述直线定位导轨3能够在定位卡条2上移动，并可以通过定位销和定位圆孔6固定在定位卡条上,所述直线定位导轨上设有定位圆孔6。
[0069]在本实施例中，所述定位销直径为1.9mm。[0070]在本实施例中,所述定位圆孔6之间间隔5mm。定位盒固定在定位滑块上,直线定位导轨上的定位圆孔可以实现定位滑块的横向定位。即是，定位盒与定位滑块为一体固定在直线定位导轨上，并可以在直线定位导轨上进行每间隔一定距离的移动。
[0071]在本实施例中,所述试验架1、定位卡条2和直线定位导轨为合金材质。
[0072]—种对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法，包括如下步骤:
A、对岩心试样进行压裂试验，所述岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；
B、将步骤A中的岩心试样沿着每个压开的裂缝面打开，放置在上述对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的试验架I下面；
C、在试验架I上,沿着直线定位导轨3横向移动定位滑块4,所述定位滑块4带动定位盒子5 —起移动，进而实现激光测距仪的横向移动；
D、沿着定位卡条2纵向移动直线定位导轨3,所述直线定位导轨3带动定位滑块4移动，所述定位滑块4带动定位盒子5 —起移动，进而实现激光测距仪的纵向移动；
E、通过激光测距仪的横向移动和纵向移动，所述激光测距仪可以在每间隔一定距离的裂缝面上记录一个坐标；根据激光测距仪记录的坐标点进行空间还原，进行观测物模试样压裂后裂缝网的形态。
[0073]当激光测距仪在试验架上纵、横向移动时，便记录下底部物模试样裂缝面的坐标位置，将所有裂缝面的坐标点输入到计算机中可以对物模试样内部的裂缝面进行空间还原，通过观察裂缝面的扩展形态以重现水力裂缝与天然裂缝沟通的缝网形态。
[0074]在本实施例中,所述物模试样是岩心试样，所述岩心试样是混凝土烧铸的岩心。
[0075]在本实施例中，所述岩心试样为正方体形状，所述正方体形状尺寸为400mmX 400mm X 400mm。
[0076]在本实施例中，所述岩心试样由顶面向下设有一模拟裸眼井孔，该模拟裸眼井孔的孔径为10mm，模拟裸眼井孔长度为220mm ；
在本实施例中，所述拟裸眼井孔内设直有1旲拟井筒，所述1旲拟井筒的内径为7mm, I旲拟井筒的长度为170mm。
[0077]在本实施例中，所述岩心试样是经过在真三轴模拟压裂试验装置中进行施压处理。
[0078]在本实施例中，所述施压处理是通过液压稳压源向岩心试样外侧的空间三个方向施加压力，将压裂液置入一油水分离器中，将油水分离器的出口与模拟井筒上端的井口部密封连接，通过MTS伺服增压器控制所述油水分离器将压裂液注入所述模拟井筒中。
[0079]在本实施例中，所述压裂液为液态硅胶。
[0080]在本实施例中，步骤E中，所述坐标间的距离为10mm。
[0081]实施例3
一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法，所使用的装置为实施例1中的测量装置，该方法与实施例1的基本相同，不同点为包括如下步骤:
A、对岩心试样进行压裂试验，所述岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液；
B、将步骤A中的岩心试样沿着每个压开的裂缝面打开，放置在上述对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的试验架I下面；
C、沿着定位卡条2纵向移动直线定位导轨3,所述直线定位导轨3带动定位滑块4移动，所述定位滑块4带动定位盒子5 —起移动，进而实现激光测距仪的纵向移动；
D、在试验架I上,沿着直线定位导轨3横向移动定位滑块4,所述定位滑块4带动定位盒子5 —起移动，进而实现激光测距仪的横向移动；
E、通过激光测距仪的横向移动和纵向移动，所述激光测距仪可以在每间隔一定距离的裂缝面上记录一个坐标；根据激光测距仪记录的坐标点进行空间还原，进行观测物模试样压裂后裂缝网的形态。
[0082]当激光测距仪在试验架上纵、横向移动时，便记录下底部物模试样裂缝面的坐标位置，将所有裂缝面的坐标点输入到计算机中可以对物模试样内部的裂缝面进行空间还原，通过观察裂缝面的扩展形态以重现水力裂缝与天然裂缝沟通的缝网形态。
【权利要求】
1.一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，包括试验架，其特征在于，所述试验架上装有定位卡条，所述定位卡条上安装有直线定位导轨，所述直线定位导轨上连接着定位滑块，所述定位滑块与定位盒子固定在一起，所述定位盒子中装有激光测距仪，所述定位滑块可以带动所述定位盒子在所述直线定位导轨上进行横向移动，所述定位导轨可以在所述定位卡条上进行纵向移动。
2.如权利要求1所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述定位卡条通过螺栓或焊接固定在所述试验架上，所述直线定位导轨通过定位销固定在所述定位卡条上，并能在定位卡条上进行纵向移动。
3.如权利要求1所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述定位滑块可以在所述直线定位导轨上进行自由滑动，通过滚珠进行定位，实现所述定位盒子的横向移动。
4.如权利要求1所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述定位盒子包括左面板、右面板、后面板、前面板I和前面板II，所述前面板I和前面板II之间留有空隙，所述后面板高于左面板，所述左面板与右面板高度相等。
5.如权利要求1所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述试验架是长方体结构。
6.如权利要求5所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述长方体结构长宽高为300mm-1500mm。
7.如权利要求1所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述定位卡条安装在试验架上方相互对称的两侧。
8.如权利要求1所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述定位卡条上设有定位孔。
9.如权利要求8所述的对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置，其特征在于，所述定位孔之间间隔5-20mm。
10.一种对物模试样压裂后裂缝形态的测量方法，包括如下步骤: A、对岩心试样进行压裂试验，所述岩心试样被压裂产生裂缝后，停止注入压裂液； B、将步骤A中的岩心试样沿着每个压开的裂缝面打开，放置在权利要求1-16中任一项对物模试样压裂后裂缝形态的测量装置的试验架下面； C、在试验架上,沿着直线定位导轨横向移动定位滑块,所述定位滑块带动定位盒子一起移动，进而实现激光测距仪的横向移动； D、沿着定位卡条纵向移动直线定位导轨，所述直线定位导轨带动定位滑块移动，所述定位滑块带动定位盒子一起移动，进而实现激光测距仪的纵向移动； E、通过激光测距仪的横向移动和纵向移动，所述激光测距仪可以在每间隔一定距离的裂缝面上记录一个坐标；根据激光测距仪记录的坐标点进行空间还原，进而观测物模试样压裂后裂缝网的形态。
【文档编号】G01B11/00GK104019746SQ201410275773
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】侯冰, 陈勉, 金衍, 张保卫, 张亚坤, 卢运虎 申请人:中国石油大学(北京)